Кукленският манастир е основан през Второто българско царство и споменат още през 11в. в документ за имотите на Бачковския манастир. Сигурни сведения за духовната дейност на манастира има в края на 17 – началото на 18в. и е посветен на светите братя Козма и Дамян заради техните лечителски способности. Манастирът възниква като религиозна обител около аязмо с лечебна вода, която според преданието лекувала психични заболявания.

През 17в. Кукленския манастир е важно книжовно средище, където се подготвят граматици, краснописци и преписвачи, като йеромонах Ананий, Кръстю Граматик, поп Аврам Димитриев от Карлово, даскал Евстатий, йеромонах Сидер и др.

По време на османското робство Кукленския манастир e бил закрилян от турските власти, тъй като в него се лекували семействата на османските управници. Манастирът оцелява по време на помохамеданчването на родопските (Чепинските) българи през 1657г., когато са сринати до основи 33 манастира и 218 църкви между Костенец и Станимака (дн. Асеновград).

През Възраждането в Кукленския манастир се помещава килийно училище. В края на 18 началото на 19в. манастира попада в ръцете на гръцки монаси, които замазват българските стенописи и изографисват върху тях гръцки надписи (при реставрацията на черквата са запазени и двата стенописни слоя).

В старинния си вид от Кукленския манастир манастирът се е запазил до двадесетте години на 20в., след което последователно са изгорели половината от северното и цялото южно крило. Сега са съхранени западното крило и части от северното.